等离子体灰化装置和终点检测方法

专利名称：等离子体灰化装置和终点检测方法
技术领域：
本发明的披露内容涉及半导体装置与方法，且尤其是涉及适用于灰化包括一低k介电材料的一基板的有机材料的等离子体媒介(mediated)方法与等离子体装置。
背景技术：
近来，诸多的注意力已经针对于发展用于下一代的微电子元件的低k介电薄膜。由于集成电路变得更小，沿着互连件的信号传播的RC延迟时间成为一个限制整体晶片速度的支配因素。随着铜技术的出现，R已接近当前工艺状态的实际最低的极限，故注意力必须针对于降低C。实现此任务的一个方式是降低环绕于互连件的绝缘薄膜的平均介电常数(k)。传统的二氧化硅绝缘材料的介电常数(k)是约3.9。降低介电常数(k)为低于3.9将提供降低的电容。
用于先进的集成电路的低k介电材料典型包含有机聚合物或氧化物且具有小于约3.5的介电常数。低k介电材料可如同为一溶液而旋转涂覆于基板，或由一化学气相沉积方法所沉积。重要的低k薄膜性质包括厚度与均匀度、介电常数、折射率、黏附性、化学抵抗力、热稳定性、孔洞尺寸与分布、热膨胀系数、玻璃转变温度、薄膜应力、与铜扩散系数。
在制造晶片上的集成电路过程中，在完成的集成电路可为产生之前，晶片通常受到诸多的处理步骤。低k介电材料，特别是含有碳的低k介电材料，对于这种处理步骤中的一些比较敏感。举例而言，在一个″灰化(ashing)″步骤期间所使用的等离子体可剥离光阻抗蚀剂材料以及移除一部分低k介电薄膜。灰化是概指一个等离子体媒介剥离处理，由此，光阻抗蚀剂与蚀刻后的残留物在暴露于等离子体中时而从一基板上被剥离或移除。灰化处理通常发生在一个蚀刻或植入方法已经实行之后，在该方法中，光阻抗蚀剂材料被用作掩模，以蚀刻一图案至底层的基板或用于选择性植入离子至基板的暴露的区域。蚀刻处理或植入处理完成后的晶片上的残余光阻抗蚀剂与任何蚀刻后或植入后的残留物，针对本领域的技术人员所通常为公知的诸多理由，是必须在进一步处理之前而移除。灰化步骤是典型后面跟随着一湿化学处理以移除微量的残留物，其将引起低k电介质的进一步的劣化、材料的损失，且还可能引起介电常数的增大。
重要指出的是，灰化处理大大不同于蚀刻处理。虽然二种处理均可为等离子体媒介，但蚀刻处理的显著不同点在于是选取等离子体化学物以永久转移一影像至基板，此通过透过于一光阻抗蚀剂掩模的开口而移除部分基板表面。等离子体是通常包括在低温度与低压力(毫托的等级)下的高能量的离子轰击，以移除部分基板。此外，暴露于离子中的部分基板通常以等于或大于光阻抗蚀剂掩模的移除速率的一速率而移除。相比之下，灰化处理是概指选择性移除光阻抗蚀剂掩模与于蚀刻期间形成的任何聚合物或残留物。灰化等离子体化学物相较于蚀刻化学物而较不积极许多，且通常为选取以相较于下面的基板的移除速率为较大许多的一速率而移除光阻抗蚀剂掩模层。此外，大多数的灰化处理是加热基板至大于200℃的温度以提高等离子体反应度，且实行于约为1.0托的压力。因此，蚀刻与灰化处理是针对大为不同的材料的移除，如此而需要完全不同的等离子体化学物与过程。成功的灰化处理不是用以永久转移一影像至基板。而成功的灰化处理是由光阻抗蚀剂、聚合物与残留物移除速率所定义，而不影响或移除下面的多层(例如低k介电层)。
研究已经提出的是，对于光阻抗蚀剂移除处理期间的低k电介质劣化的一重要成因是自典型用于灰化的含有氧和/或氮和/或氟的气体源的运用而造成。虽然含有这种来源的一或多者的气体混合物是有效率地灰化基板的光阻抗蚀剂，这种气体源的运用是已经证明为有害于含有低k电介质的基板。举例而言，含有氧的等离子体释放物是已知为于等离子体处理期间提高低k电介质底层的介电常数。于介电常数的增大是尤为影响互连电容，其是直接影响装置性能。此外，含有氧的等离子体释放物的运用针对运用铜金属层的先进装置制造而通常较为不佳，此乃由于铜金属于典型运用于光阻抗蚀剂灰化的提高的温度而易于氧化。有时，损坏是于等离子体处理后的基板的度量衡检查期间而未检测出。然而，损坏是可为通过一个随后的湿清洗处理而易于展现，如可为于等离子体灰化之后而典型运用，其中移除部分含有碳和/或氢的低k介电材料。介电材料的移除部分是特征的临界大小(CD，critical dimension)的一变动源，其经常为不可接受且影响整体的装置产率。此外，即使是未纳入一湿清洗处理，介电材料的电与机械性质是可通过暴露至无氧的等离子体释放物而改变，因而影响操作性能。所相信的是，碳在等离子体暴露期间从介电材料中消耗掉。
理想而言，灰化等离子体是应不影响下面的低k介电层，且优选为仅移除光阻抗蚀剂材料。诸如SiO2的运用作为介电材料是提供关于这种气体源的高选择度。为了使得对于低k电介质的损坏为最小，是已发展无氧及无氮的等离子体处理。一个该种处理包括自包含氦与氢的一气体混合物而产生等离子体。然而，该种移除机构是对于这种较不积极的等离子体释放物而为不同。诸如由氦与氢所形成的等离子体的无氧及无氮的等离子体是非以传统方式灰化光阻抗蚀剂。而相信的是，该种等离子体是使得部分的光阻抗蚀剂为升华自该基板。该种移除机构的结果为，尽管为有效自基板而移除光阻抗蚀剂材料，等离子体暴露是倾向以沉积大物体的升华或移除的光阻抗蚀剂与副产物于处理室且于等离子体处理室的下游的区域，诸如于节流阀与排放线路。这种灰化材料的累积是可导致短的清洗间的平均时间(MTBC，mean-time-between-clean)与真空硬件的频繁的重新建立/更换，造成生产速率的损失与物主的提高成本。此外，处理室中的光阻抗蚀剂材料的沉积(其位于基板的平面的上方)可导致于基板的粒子污染，因而进而影响装置产量。
关于无氧及无氮的等离子体的又一个问题是等离子体暴露的不均匀度。由于这种等离子体释放物是较不积极，不均匀度是一个重大的议题。某些下游等离子体灰化器是具有于产生等离子体的一窄直径孔的等离子体管。基板的直径是通常相较于等离子体管孔的直径而为较大许多。如此，挡板是典型定位为接近于等离子体管出口以随着等离子体进入处理室而将其偏向，使得于等离子体中的等离子体物种是均匀散布在整个基板上。然而已经发现的是，较不活泼的等离子体释放物是具有较少的反应物种，自挡板的中央点至其外缘的散布是可造成于晶片上的热区，即不均匀度的区域。举例而言，已经发现的是，产生于一等离子体的氢自由基(radical)是随着氢物种自轴向流反应器的挡板的中央最大撞击点行进至挡板的外缘而重组，因而导致于晶片边缘的较小的灰化速率。于其晶片直径为可相比于等离子体管的腔室设计，自由基的不均匀度可以其它方式进行缓和。
关于无氧及无氮的等离子体的另一个问题是关于终点检测。传统的终点检测方法与装置不适用于思及这种型式的等离子体释放物。举例而言，在由氢与氦气体混合物所形成的等离子体的情形下，无光学激发的物种产生于晶片平面以产生适用于终点检测的一信号。
因此，仍然存在对于改良的方法与装置的需求，以用于产生无氧及无氮的等离子体释放物以运用于低k电介质。

发明内容
本文披露了一种用于从基板上移除光阻抗蚀剂和/或蚀刻后的残留物的等离子体灰化装置，所述装置包含一第一气体源；一与该第一气体源流体连通的等离子体产生构件，其中所述等离子体产生构件产生第一等离子体以从该基板上选择性移除光阻抗蚀剂和/或蚀刻后的残留物；一处理室，所述处理室与该等离子体产生构件流体连通以接收等离子体，其中所述处理室容纳该基板；一与所述处理室流体连通的排放导管，其中所述排放导管包含用于引入一第二气体源的一端口，且一后燃烧组件耦接至该排放导管，其中所述端口设置在该处理室与后燃烧组件的中间；和一光学检测系统，耦接至该排放导管且包含聚焦于该后燃烧组件的一等离子体释放区域内的聚光器件。
在另一实施例中，一种下游等离子体灰化和/或残留物移除装置，包含用于在与一处理室流体连通的一排放导管中产生一等离子体的机构；用于监视针对产生于该等离子体内的物种的一放射信号的机构；和用于根据在该排放导管中产生的放射信号而决定在该处理室的一基板上的一等离子体灰化和/或残留物移除处理的一终点的机构。
一种用于检测无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点的方法，包括以下步骤将上面包含光阻抗蚀剂材料和/或蚀刻后的残留物的一基板暴露于一处理室的无氧及无氮的等离子体中；从该基板上移除光阻抗蚀剂材料和/或蚀刻后的残留物；从该处理室排放被移除的光阻抗蚀剂材料和/或蚀刻后的残留物进入流体耦接至该处理室的一排放导管；选择性引入一氧化气体进入该排放导管；由该氧化气体与被排放的光阻抗蚀剂材料和/或蚀刻后的残留物而产生一含氧等离子体，以形成放射性物种；及光学监视由放射性物种所产生的一放射信号，以决定该无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点。
在另一实施例中，一种用于从一基板上移除光阻抗蚀剂和/或残留物的一无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点检测方法，所述方法包括以下步骤引入一氧化气体与一等离子体灰化释放物至一等离子体灰化装置的一排放导管，其中该等离子体灰化释放物包含光阻抗蚀剂材料、蚀刻后的残留物、与灰化后的产物，且该等离子体灰化释放物是无原子氮及无原子氧的物种；由该氧化气体与等离子体灰化释放物而产生一等离子体，以形成放射性物种；及光学监视与放射性物种相关的放射信号强度，其中当与放射性物种相关的放射信号强度不再存在时，则检测到该无氧及无氮的等离子体灰化处理的一终点。
在另一实施例中，披露了一种用于决定无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点的方法，所述等离子体灰化处理用于从含有碳的低k介电材料的一基板上剥离光阻抗蚀剂材料，所述方法包括以下步骤暴露该基板于一处理室的无氧及无氮的等离子体灰化处理，以从该基板上移除光阻抗蚀剂材料并形成挥发性的副产物；自该处理室排放该光阻抗蚀剂材料与挥发性的副产物进入一排放导管；选择性引入一氧化气体至该排放导管，其中该氧化气体不流入该处理室；由该氧化气体、被排放的光阻抗蚀剂材料、和挥发性的副产物在该排放导管中产生一等离子体；测量在该排放导管中的一放射信号强度，其与约283nm、约309nm、约387nm、约431nm、约434nm、约468nm、约472nm、约513nm、约516nm、约656nm、约777nm、约845nm的波长或是前述波长中的至少一个的一组合相关；以及响应于该排放导管内的放射信号的一观察到的变化，决定该无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点。
在又一个实施例中，披露了一种用于决定无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点的方法，所述等离子体灰化处理用于从含有碳的低k介电材料的一基板上剥离光阻抗蚀剂材料，所述方法包括以下步骤在不存在氧与氮的条件下，在一处理室中由包含氢或氦或是包含前述气体中的至少一种的组合的一气体混合物产生一第一等离子体；将设置在该处理室中的基板暴露于第一等离子体中，以从该基板上选择性移除光阻抗蚀剂材料和/或残留物；排放来自该处理室的被移除的光阻抗蚀剂材料和/或残留物进入一排放导管；在该排放导管中产生一第二等离子体，以产生放射性的物种；及光学监视放射性的物种，其中当放射性的物种的一强度变化时，则检测到第一等离子体的一终点。
上述及其它特点通过附图与详细说明而例证。


参考典型附图，其中图中使用相同的附图标记表示相同的元件图1是一种下游等离子体灰化装置的横截面图；图2是一种用于等离子体灰化装置的微波封壳的立体图；图3是横截面图，图中示意性示出了一种适用于下游等离子体灰化装置的等离子体产生构件；图4是等离子体灰化装置的立体图；图5是一种光阻抗蚀剂灰化器处理室的部分切除立体图，一气体分配系统被安装在光阻抗蚀剂灰化器处理室中；图6是根据一个实施例的气体分配系统的平面图；图7是沿线7-7所取得的图6所示挡板组件的截面图；图8是根据另一个实施例的气体分配系统的平面图；图9是说明针对OH物种所发射的光强度的时间进展图，OH物种是由自一晶片移除的升华的有机物质所产生，归因于在一无氧及无氮的环境中加热晶片至300℃的温度且在一等离子体灰化装置的一排放导管中氧化；图10是说明二氧化碳分压的时间进展图，其是用一残留气体分析器在一无氧及无氮的等离子体中测量得到的且在一等离子体灰化装置的一排放导管中氧化；图11是说明针对于后燃烧器与用于引入氧气至一等离子体灰化装置的一排放导管的入口的上游(即位于晶片处理室的下游)所测量的氦、氮、与氧的分压的残留气体分析图，其中氦的流率是变化的；图12是示出覆有光阻抗蚀剂的晶片的逐步加热所产生的种种光阻抗蚀剂成分(O与CN)与产物(OH)的光信号的时间进展图；图13是一DUV光阻抗蚀剂移除方法的时间进展图，所述方法使用氢/氦灰化处理而没有在终点监视方法中使用氧化气体；
图14是一DUV光阻抗蚀剂移除方法的时间进展图，所述方法使用氢/氦灰化处理且在终点监视方法中使用氧化气体；和图15是一I线式光阻抗蚀剂移除方法的时间进展图，所述方法使用氢/氦灰化处理且在终点监视方法中使用氧化气体。
具体实施例方式
图1是大体上示出了一种轴向流下游等离子体装置10，其适用于从包括低k介电材料的基板上移除光阻抗蚀剂、侧壁沉积物、和蚀刻后的残留物。等离子体装置10大体上包含一气体传送构件12、一等离子体产生构件14、一处理室16、与一排放组件构件18。各种构件相组合以提供对通过无氧及无氮的等离子体释放物而处理基板的改良，其中基板包括含有碳的低k介电材料。
特别适用于本披露内容变型的下游轴向流等离子体装置是等离子体灰化器，例如可从艾克塞利斯科技公司购买的商标名为Fusion ES3LK的那些微波等离子体灰化器。在美国专利第5,498,308与4,341,592号、及PCT国际专利申请WO/97/37055中对部分微波等离子体灰化器进行了描述，其整体以参照方式而纳入于本文。如下文所述，披露内容不限于在这一或以下实施例中的任何特定等离子体灰化器。举例而言，可使用一种电感或电容耦接式等离子体反应器。
含有碳的低k电介质在下文中被定义为那些含有碳的绝缘材料，其适用于制造具有介电常数小于约3.5，更优选小于约3.0的集成电路或类似物。含有碳的低k介电材料可包括含有碳的侧基或可含有碳，其中介电材料的骨架主要包含碳的互连网路。含有碳的低k电介质大体上可分为二种型式的一者有机与掺杂的氧化物。有机的低k介电材料的实例包括聚酰亚胺、苯并环丁烯、聚对二甲苯、类似金刚石构形的碳、聚亚芳基醚、甲基环戊烯酮醇、氟碳化合物与类似物，诸如可购买到的商标名为SiLK或BCB的那些电介质。掺杂氧化物的低k介电材料的实例包括甲基倍半硅氧烷、氢化倍半硅氧烷、纳米多孔氧化物、掺杂碳的二氧化硅、与类似物，诸如可购买到的商标名为CORAL、BLACK DIAMOND、与AURORA的那些电介质。二种型式的含有碳的低k介电材料以致密和多孔型态存在。诸如商标名为LKD、ORION、BOSS、或多孔SiLK在商业上公知为其多孔型态。鉴于此披露内容，对于本领域的技术人员而言，其它含有碳的低k介电材料将更为明显。
同理，含有氢的低k电介质在下文中被定义为那些含有氢的绝缘材料，其适用于制造具有一介电常数为小于约3.5的集成电路或类似物。上述诸多的含有碳的低k电介质包括在其化学结构内附接到碳原子上的一或多个氢原子。然而，在本披露内容中的适合的含有氢的低k介电材料不旨在受限制于含有碳的结构。
如图1中所示，气体传送构件12是优选包含一气体净化器20，所述气体净化器与一气体源22(用于产生无氧及无氮的等离子体)和等离子体产生构件14的一气体入口23流体连通。一个额外的气体源(未示出)可与气体入口23流体连通，以提供就地式(in situ)清洗能力。就地式清洗是运用等离子体源以清洗处理室16的一种处理，与通过拆卸处理室的一部分以供接近而人工清洗该等腔室构件相对。在一个优选实施例中，净化器20适于降低杂质含量至小于约为百万分之十(即10ppm，parts per million)，优选为具有小于约为5ppm的杂质含量，更优选为具有小于约为1ppm的杂质含量，且最优选为具有小于约为十亿分之一百(即100ppb，parts per billion)的杂质含量。实现这种杂质含量的适合的净化器包括基于一种金属吸取(gettering)技术的那些净化器，诸如可从SAES纯气体公司购买到的商标名称为MONO TORRhigh flow purifier的气体净化器。使用与用以形成等离子体的气体源22流体连通的气体净化器20，降低污染物的程度至有效于低k介电基板，且尤指含有碳的低k电介质，的强力处理的量。用于产生无氧及无氮的等离子体的适合的气体包括而不是旨在受限于氢、氦、氩、氖、其它惰性气体、烃、与包含前述气体的一种或多种的组合。举例而言，具有报道纯度为99.999％的一氦气体源不适于用于等离子体媒介处理含有碳的低k电介质。诸如H2O、O2、CO、CO2与N2的杂质含量可能在基板的进一步处理期间足以引起低k电介质的腐蚀和/或有害地导致介电常数的增大。优选而言，用于形成等离子体的进入气体得到净化以含有小于100ppb的H2O、O2、CO、CO2与N2。净化器20是优选选择为有效率且在相当高的流量率，例如每分钟为约100至约12,000标准立方厘米(sccm，standard cubiccentimeter per minute)或更大的流量率条件下提供这种优选的杂质含量，其为300mm下游等离子体灰化器所预期的。
图2和图3是说明一个范例的微波等离子体产生构件14，由此可实施本发明。图4示出了包括微波等离子体产生构件的等离子体灰化装置10的立体图与处理室16的立体图。可了解的是，等离子体产生构件14已被简化以说明仅与了解本披露内容相关的那些构件。本领域的技术人员将认知的是，其它构件是可为所需以产生一操作等离子体灰化装置10。然而，因为这些构件在本技术领域中是众所周知的，且因为其未进而助于对本披露内容的了解，在此没有提供对这些构件的论述。
微波等离子体产生构件14包括一微波封壳24。微波封壳24是一矩形盒体，其运用长度方向的隔板26、28、与30进行分隔且具有从其中通过的等离子体管32。各个分段具有等离子体管通过其中的一开口。各个分段在操作期间被馈送以微波能量。因此，各个分段对于进入微波能量呈现为一相当短的腔部，促进具有方位与轴向均匀度的模式的形成。外管34环绕在腔部内侧的等离子体管。外管与等离子体管略微分开，且空气在正压力下被馈送到该二管之间以提供等离子体管的有效的冷却。管32优选为由蓝宝石制成。也可使用诸如石英、覆有氧化铝的石英、或其它陶瓷材料的其它等离子体管材料。优选而言，微波封壳24具有一定尺寸以支持矩形TM 110模式，且封壳24可具有一方形的横截面。横截面的尺寸使得TM 110模式为共振。各个分段的长度是小于λg/2，其中λg是在TE 104模式的腔部内的导引长度。
位于隔板26、28、与30上的开口(透过所述开口馈入同心的多根管)被制成大于等离子体管的外部尺寸。还示出一隔膜(iris)板36，其覆盖该微波结构的开口侧且有效馈送微波能量至相邻的分段。板36是一平坦的金属板，具有透过以馈送微波能量的隔膜38、40、42与44。存在透过这种隔膜的微波传输，其致使等离子体在由分段所环绕的部分管中受到激发。该传输有助于降低于由分段所环绕的区域与非环绕的区域之间的等离子体管的热梯度。若没有使用一外管(以某些其它方式提供冷却)，那么分段的开口具有一定尺寸以使得等离子体管与分段之间存在空间从而提供该微波传输。
微波陷波器(trap)46与48是设置于二端以防止微波传输。所述陷波器可为美国专利第5,498,308号所披露的类型。设置空气密封/方向性馈送器50与52以允许冷却空气馈送至同心管之间的空间。图中示出空气密封/方向性馈送器54位于出口端，且存在一第四个该种单元而图中未示出。
磁控管56是提供微波功率，其透过耦接器58而馈送至一波导，其供应TE 10模式且具有互相垂直的分段60与62。波导段62的长度通过可移动的柱塞64而可调整。波导段62的底板是隔膜板36，其耦接微波能量至分隔的微波结构24，等离子体管32延伸通过微波结构24；因此，等离子体在流过等离子体管的气体混合物中受到激发。
再次参考图3，可以看到，端盖70邻接微波陷波器48，且具有允许气体至等离子体管的一中央孔的配件74延伸至端盖。气体供应器22由一外部流量盒(未示出)进行调节。气体净化器20被设置与气体供应器22与气体入口23(参见图1)流体连通。等离子体管32在此端受到端盖中的O形环72的支撑。外管34通过邻接微波陷波器46与48而支撑于其端部。间隔物76存在以提供相对于处理室的适当间隔。等离子体管的另一端位于端部构件78中，且具有一开口80以放射等离子体/气体至处理室16。选用而言，形成开口80的导管装配有一窄的孔洞配件，以形成等离子体管32与处理室16之间的一压力差，其中所述压力大于等离子体管32中的压力。在操作期间，等离子体管32内的压力优选为范围自约1托至约大气压力。对照而言，操作期间处理室内的压力是范围自约100毫托至约大气压力。
等离子体管32的开口80与处理室16的一内部区域流体连通。由于等离子体由一比较窄的孔(相较于所处理的基板的尺寸)而释放至处理室的内部，促进均匀的等离子体暴露在基板上的一气体分配系统100被设置在处理室16内。气体分配系统100设置在基板与等离子体管32的开口80的中间。
在一个优选实施例中，气体分配系统100包含在晶片的上方的一或多个挡板，以促进等离子体均匀分布在基板表面上。挡板优选包括多层堆叠的挡板，其中各板含有一或多个孔洞。一充气空间(plenum)形成于该挡板组件与处理室的上壁之间。在一个特别优选的实施例中，挡板组件适以提供自等离子体至晶片表面的反应性的物种的更均匀的浓度。如在背景技术中所论的，已发现的是，例如在一等离子体内产生的氢自由基是随着氢自由基自轴向流反应器的中央最大撞击点行进至挡板的外缘且归因于重组而减小浓度。仅管不想受到理论的限定，据信，与这种物种必须自中央馈送轴向等离子体流行进至充气空间的外缘的径向距离所支持的相比，随着这种物种流动至挡板的外缘，氢自由基的活性的降低可能归因于氢原子的较短的存活期。一旦氢自由基已经重组成为分子氢或类似物，那么中性气体可不再与光阻抗蚀剂反应。另一个理由可能在于，在诸如本文所述的下游等离子体灰化器的一种轴向流反应器设计中，来自晶片的中央部位的光阻抗蚀剂灰化副产物与耗费的气体是必须流动通过晶片的边缘以到达处理室16的排放导管170。这造成较为接近晶片边缘(相较于较中央的部位)的活性的氢自由基被大大稀释，且另外提供对于较为接近边缘的氢自由基通过与从中央位置已经移除的光阻抗蚀剂灰化副产物进行反应而去活化。已经发现的是，自挡板的中央点远至外缘的灰化均匀度的提高可通过提高挡板的孔洞密度而实现。举例而言，通过提高自中央点至外缘的孔洞密度或是通过增大自挡板的中央点至外缘的孔洞尺寸、或通过纳入一无孔洞的中央点、或通过一或多个前述的挡板架构的组合，可提高反应性且改善基板处的等离子体均匀度。
图5至图8示出了用于装置10的适合的气体分配系统。在一个优选实施例中，气体分配系统100是一种双挡板组件。图5示出了处理室16，其纳入该气体分配系统或挡板组件100的一第一实施例。具有安装在其中的挡板组件100的灰化处理室16适用于一300毫米(mm)的晶片处理系统。气体分配系统100还可适用于200mm晶片，如本领域的技术人员鉴于此披露内容所理解的。虽然本披露内容显示为在一下游等离子体灰化装置中实施的情况，也可用于其它半导体制造设备，诸如残留物移除、剥离、与均向性蚀刻设备。
挡板组件100包含一具有孔洞的上挡板102与一相对较大的具有孔洞的下挡板104，其定位为大体上平行于彼此且彼此分离。挡板组件100附接至处理室的一下部106，其包括一腔部108，欲处理的一晶片110置放在腔部108内。除了方向彼此平行，挡板102与104还取向平行于所处理的晶片110。挡板102与104可具有相同或不同的尺寸，或可具有相同或不同数目的孔洞。在一个优选实施例中，如图5所示，与下挡板104相比，上挡板102具有更小的直径。
一密封112设置在挡板组件100与处理室的上部106之间的界面处，且位在于下挡板104的沟槽114(参见图7)内。晶片是通过一负载锁定机构(未示出)且通过进入/退出通道116而引入至(及移出自)处理室。或者，一常压晶片操纵系统(未示出)可用以引入晶片至处理室及从处理室中移出晶片。位在处理室的下部106的下方的一加热器机构(下文中论述)是在处理期间加热晶片110的底侧至一所需温度。
处理室16典型安装在等离子体灰化装置10内，其位于加热器组件(下方)与等离子体产生构件14(上方)的中间在孔118的位置处。在操作期间，离开等离子体管32(参见图3)的激发的等离子体(气体)遇到挡板组件100。在一个优选实施例中，从等离子体管32流出的激发的等离子体首先遇到上挡板102的一中央区域，其实质为无孔洞。此无孔洞的中央区域具有以下功能消除退出等离子体管32的高的轴向气体速度且沿一径向方向加速该气体/等离子体物种，由此实现形成于下挡板104与处理室的上壁(即盖部)之间的充气空间的适当操作。等离子体然后通过上挡板102中的孔洞120与下挡板104中的孔洞122而分配至处理室腔部108。在一个实施例中，下挡板104可通过流过入口126与出128以在内部冷却通道124中流通的一冷却介质而主动冷却。处理室的下部106的壁部130也可通过其流过入口134与出口136以在内部冷却通道132中流通的一冷却介质而主动冷却。
如更清楚显示于图6与图7，下挡板104包含一外凸缘138和含有孔洞122的一大致平坦部140。安装孔(未示出)可设置在下挡板104上，以通过支座(standoff)144而将上挡板102安装到其上。上挡板与下挡板之间的距离部分决定通过挡板组件100的气流的型态。针对300mm等离子体灰化器，介于上挡板102与下挡板104之间的距离优选为约0.25英寸至约2英寸，更优选为约0.5英寸至约1.5英寸。
图6是图5所示的300mm挡板组件的平面图，而图7是挡板组件100的该实施例的截面图。如于这些图中所示，挡板组件100通过下挡板凸缘138上的安装孔146而安装到处理室的上部106上。孔洞122设置在下挡板上。孔洞部分122的表面积足以覆盖位在其下方的晶片110(参见图5)。在该实施例中，孔洞122的尺寸自下挡板的一中央点至一外缘而增大。孔洞122的渐增的尺寸是改善针对无氧及无氮的等离子体释放物的等离子体均匀度，诸如用于含有碳的低k电介质。
图8是根据另一个实施例的下挡板104的平面图。其中，孔洞122的密度从下挡板104的中央点向外缘逐渐增加，其中所述孔洞的尺寸是相同的。
上挡板102中的孔洞120大体上布置成一径向或同心多圈的图案。上挡板102由覆有蓝宝石的熔融的氧化硅或石英(SiO2)、或陶瓷材料而组成。上挡板102中的孔洞120优选稍大于下挡板104中的最大的孔洞122。位于上挡板102中央的是无孔洞的部分，且可进一步包含一蓝宝石撞击碟152。具有或没有蓝宝石撞击碟152的上挡板102的中央无孔洞部分将发射自等离子体管32的激发气体转向为径向朝外至上挡板102的其余的孔洞区域，由此防止所处理的晶片110的径向朝内部分过热且防止以相较于晶片其余部分的一比例较高的速率而过度灰化，这是由于在约为中央处的物种的浓度较高。在另一实施例中，上挡板102可构成为完全无孔洞，其可用于处理200mm晶片。
基板110的加热优选为由定位在晶片110的下方的一阵列的钨丝卤素灯160而实现(参见图1)，其中晶片受到处理室内的举起销的支撑。对于红外线辐射为透明的一板156(如于图5所示的处理室的底壁)被设置在室16与灯160之间。优选而言，基板在灰化期间从约80℃被加热至约350℃。更优选而言，基板通过递增提高温度而逐步加热。加热已被发现与提高光阻抗蚀剂和/或蚀刻后的残留物的等离子体的反应速率，且因此提高生产率有关。施加至基板的热量将取决于特定的低k介电层以及其它已经形成于基板的诸层与构件的热稳定度。在一个优选实施例中，热量非均匀施加至基板的选择区以利于等离子体与光阻抗蚀剂的均匀的反应。在该实施例中，一控制器(未示出)与灯阵列160操作连通用于以各种方式加热基板110，从而促进晶片在处理期间的更均匀加热。加热晶片的另一种方法是利用接触或紧邻以加热晶片的一平坦加热表面，诸如一加热的夹盘。
基板110优选同时暴露于足够大强度和持续期间的热量中以及暴露于无氮与无氧的等离子体中，以致使挥发性的污染物扩散离开低k介电层且挥发，而未引起于基板的任何其它构件或多个层的劣化。优选而言，针对多孔性或无孔性的掺杂的氧化物的含有碳的低k介电材料，晶片从约20℃被加热至约400℃，更优选为从约100℃至约300℃。优选而言，针对有机的低k材料，晶片从约80℃被加热至约180℃的最大值。对于有机电介质的最大温度取决于所用的有机低k材料的内在性质，且可由本领域的技术人员所公知的热分析技术所决定。在处理期间或是维持静态时，该温度可逐步增大。
开口也可针对本技术领域中所通常公知的目的而被设置在处理室16的壁部130上，例如用于监视于一种就地腔室清洗处理的终点检测的一光学端口、用以分析处理期间所演化的气体物种的一质谱仪入口或类似物。
此外，处理室16包括设置在底板156中央的一个排放开口158。优选而言，排放开口158与等离子体管32同轴。
处理室16内的操作压力优选为约100毫托至约3托，更优选为约200毫托至约2托，且最优选为约500毫托至约1.5托。此外，处理室16可进一步包括取决于应用的另外的特征。举例而言，可安装一石英窗部，且一UV光源可置放邻近于晶片。该种非柱状的光源可具有类似于UV受激准分子激光的波长，其已经证明为增强整体剥离应用的光阻抗蚀剂移除，且因而可平行于微波等离子体产生反应气体而运用。此外，先行(pre-)及后行(post-)光阻抗蚀剂剥离而暴露至光源还可提供残留物移除与植入光阻抗蚀剂移除等优点。高架RF源、光学端口、气体分析器、另外的光源与类似物也可独立或组合为处理室16使用，以提供一极度柔性的处理平台。
排放组件构件18耦接至处理室16。排放组件构件18包括一与处理室16的一内部区域流体连通的排放导管170。排放导管170的一入口172流体附接至处理室16的底板156的开口158。排放导管170优选具有自入口172至出口174的一大体上直线的形状，因而使得高冲击区域(例如导管中的尖锐的弯曲与曲线)及对于尖锐弯曲处的光阻抗蚀剂材料与等离子体灰化副产物的累积的倾向为最小。在一个优选实施例中，排放导管170由石英或覆有蓝宝石的石英制成。排放导管170(与开口156)的最小直径针对一300mm灰化装置而言优选为至少约2英寸(针对一200mm等离子体灰化装置而言优选为约1.5英寸或更大)。通过将排放导管170定位在处理室16内的中央，自该等离子体管至排放组件的流动得到简化且提供更大的等离子体均匀度。
排放导管170的出口174优选为连接至真空系统176。一后燃烧组件178与排放导管170操作连通。一气体入口180和气体源182与排放导管170流体连通，且定位在后燃烧组件178的上游。后燃烧组件178用以在排放导管170内产生一等离子体释放物，以便挥发由该处理室16所排放的光阻抗蚀剂材料和等离子体副产物。如后文详述，气体源182优选为氧化气体，例如氧气或包括氧化气体的气体组合。优选而言，氧化气体中不合卤素。以此方式，自该处理室至排放导管的流出物与氧化气体源，例如氧气，相混合，且一含有氧的等离子体通过后燃烧组件178由该混合物所形成，所述方式在下文中进行描述。优选而言，氧化气体直接在该组件的上方被引入至后燃烧组件，且处于处理室16的排放开口158的下游。氧气进入至处理室16将以前述方式而有害地影响低介电材料。用于在排放导管中产生等离子体的硬件与方法优选适于防止氧气向上游行进，即防止返回处理室中。
后燃烧组件178优选为包含一射频线圈183，其缠绕在排放导管170的外部，以感应激发流通于排放导管170中的一气体混合物。虽然参考的是感应式耦接等离子体混合物与射频功率以形成等离子体，其它方式也可有效运用，例如通过电容式激发或以类似方式。此外，可使用包括微波的ISM频带的其它频率以激发该后燃烧器等离子体。氧化气体优选在位于后燃烧组件178上游的入口180处被引入。一节流阀184、前级管道(foreline)阀(未示出)、真空泵176、和其它真空处理管线被设置在后燃烧组件178的下游。
射频线圈183被连接至一个适合的射频发生器或电源供应器186。电源供应器频率可变化，典型范围为自400KHz至13.56MHz的优选值且为于小于600瓦(W)，而也可为更高的频率和更高的功率。更优选而言，使用约300瓦至约500瓦的一射频功率以感应耦接排放导管170中的一含有氧物种的等离子体，致使于其中含有的有机物燃烧。结果是，防止和/或移除了位于处理室的下游的光阻抗蚀剂材料与其它有机副产物的沉积。
射频连接通常透过一射频接线盒188而形成，且线圈183在等离子体灰化处理开始时被通电。通过耦接射频场的含有氧气(O2)的气体混合物产生一等离子体释放物，其有效且有效率地燃烧有机物质。优选而言，后燃烧组件178被构造以在处理室16中进行基板110等离子体灰化处理期间同时操作。
此外，排放导管170还包括一光学检测系统190。光学检测系统190光学检测具有特定的波长范围的放射峰值，其对应于等离子体与光阻抗蚀剂之间的反应的反应副产物(与反应物)。该种技术依靠检测来自于等离子体的反应物与副产物的特性光学辐射的放射强度变化。当电子自一较高能量的状态而松弛至一较低能量的状态，受激发的原子或分子发射光线。不同的化学化合物的原子与分子发出一系列的独特的光谱线。等离子体的各个化学化合物的放射强度取决于等离子体的化学化合物的相对浓度。一种典型的光学放射光谱装置是通过测量蚀刻气体与反应物的反应性蚀刻气体与副产物的放射强度而进行操作的。当该副产物不再处于观视位置时放射减小且最终停止，且达到一终点。该种光学放射光谱装置是感测该副产物的衰退的放射强度，以决定此终点。或者，一旦处理室中达到一个终点，光学放射光谱装置可感测到反应物种的增加，使得可利用反应物的增加或反之利用产物放射的下降以触发终点。有利而言，可利用来自后燃烧组件178的释放区域下游的光信号，以明确指出在处理室中的晶片表面上发生了什么。举例而言，诸如氧的氧化剂当在排放导管170内等离子体点火且产生燃烧产物时而被消耗。例如一氧化碳、二氧化碳、水与类似物的燃烧产物通常在通过含有氧的等离子体释放物的光阻抗蚀剂的等离子体灰化期间出现，而通常不是来自无氧及无氮的等离子体释放物。由于这些物种是放射强的光学放射信号，通过分析在排放导管等离子体释放区域中的后燃烧组件所产生的光信号，可易于监视无氧及无氮的等离子体方法的终点检测。一旦所监视的物种的信号无法检测到，可假定的是已经到达终点。如先前所论述，期望采用无氧及无氮的等离子体方法从含有碳的低k电介质的基板上移除光阻抗蚀剂掩模和类似物。适用于本披露内容的无氧及无氮的等离子体方法在审理中的Waldfried等的美国专利申请09/855,177号中进行了披露，其整体以参照方式而纳入本文。本发明的方法及装置提供一种用于终点检测的机构，而鉴于一无氧及无氮的等离子体灰化处理期间所产生的物种，其通常难以在一处理室中进行直接检测。
光学检测系统190被耦接至排放导管。聚光器件192可被布置在排放导管170的外侧以收集由此通过的放射光谱，透过射频线圈183而直接朝向等离子体产生区域。由于排放导管170优选为由一光学透明材料例如石英或蓝宝石所制造，因此一光学端口或窗部是不需要的。当一光学不透明材料用于排放导管的制造，石英或蓝宝石的一光学端口可在排放导管中形成。一光谱仪或单色仪(大体上示于图1中的194处)被布置以接收来自聚光器件192的光线。光学放射光谱与技术大体上在本技术领域中是众所周知的。在一个实施例中，光学放射光谱技术是通过一光谱仪，例如基于电荷耦接装置(CCD，chargecouple device)的光谱仪或是基于光电二极体阵列(PDA，photodiodearray)的光谱仪，该时间上依序记录一波长范围且转换放射光谱成为模拟信号以供后续分析。选用而言，可使用窄频带的滤波器以允许评估诸如一个光电倍增管(PMT，photomultiplier tube)或光电二极管的一种光线检测器的有兴趣的特定范围波长。光谱仪时间上依序将后燃烧组件的燃烧处理期间所放射的特定波长的光信号转换成一电模拟信号，其可接着运用本领域的技术人员所公知的方法进行分析以产生一期望输出。优选而言，数据实时检视。优选而言，数据以图像形式进行检视，其显示针对有兴趣的波长范围的于等离子体处理期间所放射的光强度的时间演变。此外，可运用于光学感应的模拟信号的下降(或取决于所监视的物种而为上升)以触发机器上的事件。举例而言，由排放导管的光学检测器所收集的数据而决定灰化终点已发生时，可通过一反馈回路而立即中断等离子体灰化处理。
或者，可使用其它光学检测器。举例而言，如上所论，可使用一单色仪收集资料。如为本领域的技术人员所公知，单色仪可为以一种光电倍增管、光电二极管、或类似装置所构成，以记录放射信号。
根据所披露的内容，一等离子体反应室内的这种光学放射光谱装置与适合的架构对于本领域的技术人员而言将比较明显。适用于本披露内容的一种单色仪的一个实例是可从Verity公司购买的型号EP200MMD的单色仪。适用于本披露内容的一种扫描单色仪的一个实例是可从Verity公司购买的型号EP200SMD的扫描单色仪。适用于本披露内容的基于CCD的光谱仪的实例是可从Verity公司购买的型号SD1024的光谱仪、和可从Ocean Optics公司购买的PC2000 CCD系列光谱仪。适用于本披露内容的一种光检测器阵列的一个实例是可从德国Prema公司购买的型号SPM9001的光检测器阵列。
优选而言，终点检测方法与装置适用于基板，其中低k材料结构内含有碳和/或氢，例如掺杂的氧化物、多孔材料、与有机的低k薄膜。含有碳的低k介电材料可包括含有碳的侧基，或可含有碳，其中介电材料的骨架主要是包含碳的一互连网路。运用无氮及无氧的等离子体的方法提供高灰化选择性，且克服于现有技术发生自基于碳和/或氢的低k介电材料的光阻抗蚀剂、聚合物与残留物灰化所指出的问题。此外，该种方法减轻由于灰化等离子体的氮气所引起的后续金属填充问题。
灰化处理包括由等离子体气体混合物产生反应性的物种，以及将基板暴露于反应性的物种中。等离子体气体混合物的特定成分是由其能力而选定，以在等离子体形成条件之下而形成一气体与等离子体。所选的气体混合物在等离子体形成条件下是不具有产生反应性氧物种与反应性氮物种的成分。更优选而言，气体混合物中不含有氧的化合物及不含有氮的化合物。气体混合物可包括多种反应性的气体，其为载氢气体，例如氢气、烃气等。气体混合物可进一步包含一惰性气体，例如氩、氦、氖等。由气体混合物所产生的等离子体主要与光阻抗蚀剂、聚合物与残留物中的碳与其它原子反应，以形成在基板的温度与压力条件之下易挥发的化合物和/或可冲洗移除的化合物。该种方法被最优化以具有大于50∶1的选择性。
适用于该种方法的载氢气体包括含有氢的那些化合物。载氢气体包括烃、氢气、或其混合物。优选的载氢气体在等离子体形成条件下以气态形式存在，且在等离子体形成条件下释放氢以形成反应性的氢，例如原子的氢物种、与其它自由基。烃优选为未被取代的。适合的载氢烃气的实例包括甲烷、乙烷、与丙烷。
优选的载氢气体是一种载氢气体与一种惰性气体的混合物。适用于本方法的惰性气体的实例是包括周期表第八族的气体，例如氩、氖、氦等。虽然现有技术中的无氧等离子体释放物大体上使用包括氢与氮气混合物的一种形成气体的组合物，但是本方法明确排除氮气的使用。因此，由于形成气体在下文定义为含有氢气与氮气的混合物的一种气体，本方法中明确排除形成气体的使用。本发明中特别优选使用的是包括氢气与氦气的一种气体混合物。氦气原子较轻且易于扩散至基板，其造成对于等离子体产生的反应性氢物种的优越的载体特性。
处于安全原因，气体混合物中的氢气的百分率通常为不超过气体混合物的体积的约5％。然而，更高量的氢是可接受且有时为优选以提高光阻抗蚀剂移除率与选择性。优选而言，气体混合物中的氢的量是总体积的约1％至约99％。更优选而言，气体混合物中的氢的量是总体积的约10％至约30％。
操作时，其上具有光阻抗蚀剂和/或蚀刻后的残留物(与含有碳的低k介电材料)的半导体晶片110被放入处理室16中晶片支撑销上。晶片110优选由红外线灯160进行加热，以加速光阻抗蚀剂和/或蚀刻后的残留物与等离子体的反应。处理室16内的压力接着降低。优选而言，压力维持于约1托至约5托之间。一可激发的无氧及无氮的气体混合物被送入净化器，且然后通过气体入口24至等离子体产生构件14的等离子体管32。等离子体产生构件14的各个隔板26、28、与30被供给微波能量以激发等离子体管32内的等离子体，该等离子体是由电中性和带电的粒子所组成。带电的粒子优选为在该等离子体进入处理室16之前而选择性移除。气体中的激发或高能量的原子被送入处理室且均匀分布在整个晶片上，其中原子氢与光阻抗蚀剂和/或蚀刻后的残留物反应，其引起光阻抗蚀剂材料的移除且同时形成挥发性的副产物。光阻抗蚀剂材料与挥发性的副产物自晶片表面被连续扫除至位在中央的排放导管170。
与等离子体灰化同时的是，一氧化气体被供给进入处理室16下游的排放导管170。没有氧气进入处理室16，归因于自该处理室至排放导管170的较大许多的氦氢流率所施加的″栓塞-流动(plug-flow)″条件。后燃烧组件178供以能量以在排放导管170内形成高密度的等离子体。针对构成具有基于CCD的光谱仪的一排放导管170，CCD光谱仪时间上依序记录一放射光谱，其包括对应于若为存在的光阻抗蚀剂材料与挥发性副产物的放射信号。所监视的放射光谱的波长范围是由所运用的CCD光谱仪的类型与存在运用以排除某些波长放射到达CCD光谱仪的任何滤波器而决定。CCD光谱仪架构同时记录背景辐射与来自于灰化处理期间的放射物种的辐射。运用本领域的技术人员所公知的标准算法，背景辐射可从该等离子体与光阻抗蚀剂和/或副产物的反应所造成的辐射中减去。一旦放射峰值记录到强度值的变化且符合由终点算法所设定的条件，光阻抗蚀剂和/或残留物的移除完成，信号接着被送至一控制单元且可关掉等离子体。真空释放且处理后的晶片可自处理室中移出。使用可选择的水冲洗以移除于剥离后的晶片上的任何其余的残留物。
在具有单色仪的等离子体灰化器中，空白的未涂覆的晶片首先暴露于处理室16中，且在排放导管170中测量具有一期望波长的一第一放射信号。第一放射信号表示如上所论的背景辐射。接着，其上具有光阻抗蚀剂和/或残留物(与含有碳的低k介电材料)的基板暴露于处理室的等离子体中。以期望波长放射的一第二放射信号在排放导管中由单色仪记录。从第二放射信号中减去第一放射信号的背景辐射。当于期望波长的第二放射信号达到一稳态且约为相同或低于第一放射信号，处理室16中已经达到灰化终点，且一信号接着送至等离子体灰化器10的一控制单元而关掉等离子体。真空接着被释放且所处理后的晶片从反应室中移出。然后运用可选择的水冲洗以移除于剥离后的晶片上的任何其余的残留物。
鉴于此披露内容，用于监视自处理室所排放的等离子体副产物的其它单色仪、光谱仪或类似架构与其操作对于本领域的技术人员而言是明显的。优选而言，在约283nm、约309nm、约387nm、约431nm、约434nm、约468nm、约472nm、约513nm、约516nm、约656nm、约668nm、约777nm、与约845nm(±约5至约10nm)的放射信号中的一或多个在排放导管170中受到监视。这种放射信号表示由光阻抗蚀剂材料、反应物、光组成份混合物所形成的等离子体副产物、来自该处理室的无氮及无氧的流出物、和后燃烧器组件所产生的氧等离子体释放物的光谱峰值。举例而言，与二聚物(dimer)C2相关的所谓的″天鹅状频带(Swan band)″在约513nm和约517nm下是明显的。当加入氧化气体至排放导管，可易于监视来自于约431nm的CO/CH物种与于约387nm的CN物种的放射信号。由于多数的I线(I-line)光阻抗蚀剂基于重氮萘醌(diazonapthoquinone)化学物，监视CN的放射信号强度对于I线光阻抗蚀剂的灰化终点检测相当有用。此外，排放导管内放射信号的强度可增大或减小，其也可运用以决定处理室内的灰化处理的终点。举例而言，在处理室中的光阻抗蚀剂的等离子体灰化期间，随着光阻抗蚀剂的灰化接近完成，强度可针对关于约434nm与于约656nm的H、于约283nm与309nm的OH、及于约777nm的O的放射性物种而增大。以此方式，可运用一种无氧及无氮的等离子体灰化处理以从含有碳的低k电介质的基板上移除光阻抗蚀剂材料与蚀刻后的残留物，而一第二氧化等离子体形成在排放导管170中，以通过监视排放导管170中的反应物和/或产物的放射信号，决定对于无氧及无氮的等离子体的灰化终点。
除非另为指明，用于制造各种构件12、14、16和18的材料包括金属、陶瓷、玻璃、聚合物、复合材料、包含上述材料中的至少一中的组合。举例而言，适合的金属包括阳极化的铝、和/或不锈钢。适合的陶瓷材料包括碳化硅、或氧化铝(例如单晶体或多晶体)。
以下的实例是仪为针对说明示范目的所提出，而非旨在限制本披露内容的范畴。
实例1在该实例中，在如图1所示的一等离子体灰化装置的一后燃烧器的下游排放导管中监视针对OH与H的光信号。氦以7000sccm的流率且在1.5托的压力下引入等离子体装置。含有光阻抗蚀剂的一基板暴露在加热灯下，以缓慢加热晶片至300℃且使得晶片表面的有机物质挥发。此时，在处理室中无等离子体产生。在500瓦(W)下的一射频功率的后燃烧器的操作期间，氧气以1000sccm的流率被引入至排放导管。并无氧气被引入处理室。在排放导管中监视针对OH与H的光信号且持续一段时间周期，以决定于处理室的等离子体灰化处理的终点。图9图示说明作为时间函数的这种光信号的光强度。随着自晶片所升华的有机物在后燃烧器中被氧化而作观察。由于不同的有机物种在不同的温度升华，图9所示的多个峰值对应于不同的温度设定。若等离子体随着晶片加热而同时运用于处理室，相信的是，这种信号(对应于H与OH)均无法运用于处理室的终点检测，因为处理室中不存在针对这种物种的结果的放射。
实例2在该实例中，在如图1所示的等离子体灰化装置的一排放导管中监视CO2。CO2由一残留气体分析器进行监视，具有或不具有由配置于排放导管的一后燃烧器所形成的等离子体。类似于实例1，一覆有光阻抗蚀剂的晶片在处理室中缓慢加热至300℃且未暴露于等离子体中。氦以7000sccm的流率且于1.5托的压力被引入等离子体装置。在300瓦的射频功率的后燃烧器的操作期间，氧气以1000sccm的流率被引入排放导管。并无氧气引入至处理室。图10图示说明了作为时间函数的CO2的产生，其由于产生等离子体于排放导管而造成。若未使用后燃烧器，则将造成无可检测的CO2放射。然而，暴露来自处理室的有机物至后燃烧器造成强的CO2放射。注意的是，在处理室内，并无来自CO2的信号放射，即使晶片暴露于无氧及无氮的等离子体中，例如由氦与氢气体混合物所形成的等离子体，也是如此。
实例3在该实例中，进行稀释试验以决定最小的上游的氦流率，以防止氧气回流进入处理室。氧气以1000sccm的流率被引入排放导管。氦气初始以7000sccm的流率流入等离子体装置且逐步减低。在后燃烧器的上游进行残留气体分析，以监视氦、氮、与氧的分压。图11图示说明了氦、氮与氧的分压与时间与稀释度的函数关系。在氦流率为约175sccm的条件下，观察到氧气回流至上游的残留气体分析器，这将潜在对等离子体灰化含有碳的低k电介质造成损害。
实例4在该实例中，一覆有光阻抗蚀剂的晶片被缓慢加热，处理室中具有每分钟为7标准公升(slm，standard liters per minute)的氦流量、与于后燃烧器的侧馈入的1slm的O2流量。观察反应物(O、CN)与产物(OH)的光信号的时间进展。随着晶片开始加热，挥发性的副产物升华且消耗在后燃烧器中。OH信号上升以显示此点，且具有O信号的对应的下降。此外，用以产生CN的碳现在用以作成CO与CO2，且具有于CN信号的对应的下降。
实例5在该实例中，6000埃的DUV光阻抗蚀剂被涂覆到晶片上且在类似于参考图1所显示及描述的一等离子体灰化装置进行处理。以10slm的流率的一4％氢与96％氦(体积百分比)的气体混合物被引入产生等离子体的等离子体管。晶片暴露于处理室的等离子体中，且其中产生的流出物自处理室排放至排放导管。与CO/CH(431nm)、C2二聚物(517nm)、H(656nm)、与He(668nm)物种相关的波长在通过激能的后燃烧器之后而监视于排放导管。结果示于图13中。
如图所示，氢/氦等离子体灰化处理耗费约30秒以移除光阻抗蚀剂材料。氢与氦物种以一时间函数而增加，此指出这种物种是逐渐不涉及于处理室的光阻抗蚀剂材料的等离子体灰化移除。相反，C2二聚物与CO/CH放射性的物种以一时间函数而减少，这是由于晶片清除了光阻抗蚀剂而不再产生这种物种的原因。所监视的物种中的任一个或组合可提供一种强力的终点测量方法。
实例6在该实例中，6000埃的DUV光阻抗蚀剂被涂覆到晶片上且如于实例5一般在等离子体灰化装置中进行处理。具有1slm的流率的氧气被引入排放导管(即后燃烧器组件，但不在处理室中)以在排放导管中产生一氧化等离子体，而无氧及无氮的等离子体流出物由氢/氦灰化处理而产生在处理室中。相关于CO/CH(431nm)、C2二聚物(517nm)、与OH(309nm)物种的波长在通过激能的后燃烧器之后而在排放导管中进行监视。在该实例中，虚设(dummy)的晶片(不具有光阻抗蚀剂材料)同样暴露进行相同的处理。结果示于图14中。
约20至约110秒，虚设晶片并未观察到放射强度出现任何变化。约185至约270秒，随着光阻抗蚀剂剥离，涂覆的晶片被观察到放射信号强度的变化。
实例7在该实例中，以1.8微米的厚度涂覆的一I线(I-line)光阻抗蚀剂处理于类似参考图1所显示及描述的等离子体灰化装置上。具有10slm的流率的一4％氢与96％氦(以体积的百分比)的气体混合物被引入产生等离子体的等离子体管。氧气以1slm的流率被引入排放导管。与CO/CH(431nm)、C2二聚物(517nm)、O(777nm与845nm)、和H(434nm)物种相关的波长在通过激能的后燃烧器之后而在排放导管中进行监视。结果示于图15中。
对EP与EP2的参照是指对该四个轨迹进行代数处理，以提供更大的信号噪声比。如图所示，终点检测可运用个别的波长或是通过提供该四个轨迹的一算法而准确决定。在此，光阻抗蚀剂是在约100秒的等离子体灰化处理后而移除。
尽管已经结合一个优选实施例对本披露内容进行了说明，但是本领域的技术人员应理解的是，可作出多种改变且等效方式可代替其元件而不偏离本发明的范围。此外，可作出许多变型以适于本发明教导的特定情况或材料而不偏离其根本的范围。因此，本发明旨在不受限于作为预期实施此发明的最佳模式所披露的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施方式。
权利要求
1.一种用于从基板上移除光阻抗蚀剂和/或蚀刻后的残留物的等离子体灰化装置，包含一第一气体源；一与该第一气体源流体连通的等离子体产生构件，其中所述等离子体产生构件产生第一等离子体以从该基板上选择性移除光阻抗蚀剂和/或蚀刻后的残留物；一处理室，所述处理室与该等离子体产生构件流体连通以接收等离子体，其中所述处理室容纳该基板；一与所述处理室流体连通的排放导管，其中所述排放导管包含用于引入一第二气体源的一端口，且一后燃烧组件耦接至该排放导管，其中所述端口设置在该处理室与后燃烧组件的中间；和一光学检测系统，耦接至该排放导管且包含聚焦于该后燃烧组件的一等离子体释放区域内的聚光器件。
2.如权利要求1所述的等离子体灰化装置，其中该后燃烧组件包含用于由第二气体源与自该处理室所排放的一流出物而在该排放导管内产生一第二等离子体的机构。
3.如权利要求1所述的等离子体灰化装置，其中该第一气体源不合有包含氧与氮的气体，且该第二气体源包含一氧化气体。
4.如权利要求1所述的等离子体灰化装置，其中该排放导管由对于该光学检测系统所监视的一波长为光学透明的一材料而形成。
5.如权利要求1所述的等离子体灰化装置，其中该后燃烧组件包含缠绕于该排放导管外部的一射频线圈、与该射频线圈电连通的一配线盒、和与该配线盒电连通的一电源供应器。
6.如权利要求1所述的等离子体灰化装置，进一步包含设置在该后燃烧组件下游的一节流阀与一前级管道阀。
7.如权利要求1所述的等离子体灰化装置，其中该光学检测系统应用一单色仪、或一光谱仪、或一频带选择滤波器。
8.如权利要求1所述的等离子体灰化装置，进一步包含一与该气体源与等离子体产生构件流体连通的净化器。
9.如权利要求1所述的等离子体灰化装置，其中低k电介质含有碳和/或氢。
10.如权利要求1所述的等离子体灰化装置，其中该基板包括一含有碳和/或氢的绝缘层，所述绝缘层具有小于约3.5的一介电常数。
11.一种下游等离子体灰化和/或残留物移除装置，包含用于在与一处理室流体连通的一排放导管中产生一等离子体的机构；用于监视针对产生于该等离子体内的物种的一放射信号的机构；和用于根据在该排放导管中产生的放射信号而决定在该处理室的一基板上的一等离子体灰化和/或残留物移除处理的一终点的机构。
12.一种用于检测无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点的方法，包括以下步骤将上面包含光阻抗蚀剂材料和/或蚀刻后的残留物的一基板暴露于一处理室的无氧及无氮的等离子体中；从该基板上移除光阻抗蚀剂材料和/或蚀刻后的残留物；从该处理室排放被移除的光阻抗蚀剂材料和/或蚀刻后的残留物进入流体耦接至该处理室的一排放导管；选择性引入一氧化气体进入该排放导管；由该氧化气体与被排放的光阻抗蚀剂材料和/或蚀刻后的残留物而产生一等离子体，以形成放射性物种；及光学监视由放射性物种所产生的一放射信号，以决定该无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点。
13.如权利要求12所述的方法，其中由放射性物种所产生的放射信号在包含约283nm、约309nm、约387nm、约431nm、约434nm、约468nm、约472nm、约513nm、约516nm、约656nm、约668nm、约777nm和/或约845nm的一或多个波长条件下受到监视。
14.如权利要求12所述的方法，其中将基板暴露于处理室的无氧及无氮的等离子体中的步骤与在排放导管中产生氧等离子体的步骤同时进行。
15.如权利要求12所述的方法，其中该基板包含一含有碳和/或氢的绝缘层，所述绝缘层具有小于约3.5的一介电常数。
16.如权利要求12所述的方法，其中无氧及无氮的等离子体灰化处理包括由包含氢或氦或是包含前述气体中的至少一种的组合的一气体混合物而产生等离子体。
17.如权利要求12所述的方法，进一步包含防止该氧化气体回流进入该处理室。
18.一种用于从一基板上移除光阻抗蚀剂和/或残留物的一无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点检测方法，所述方法包括以下步骤引入一氧化气体与一等离子体灰化释放物至一等离子体灰化装置的一排放导管，其中该等离子体灰化释放物包含光阻抗蚀剂材料、蚀刻后的残留物、与灰化后的产物，且该等离子体灰化释放物是无氮及无氧的物种；由该氧化气体与等离子体灰化释放物而产生一等离子体，以形成放射性物种；及光学监视与放射性物种相关的放射信号强度，其中当与放射性物种相关的放射信号强度明显变化至大于或小于一预定临限的一量时，则检测到该无氧及无氮的等离子体灰化处理的一终点。
19.如权利要求18所述的终点检测方法，其中该放射信号强度处于以下波长，即约283nm、约309nm、约387nm、约431nm、约434nm、约468nm、约472nm、约513nm、约516nm、约656nm、约668nm、约777nm、约845nm或前述波长中的至少一个的一组合。
20.如权利要求18所述的终点检测方法，其中该基板包括一含有碳和/或氢的绝缘层，所述绝缘层具有小于约3.5的一介电常数。
21.如权利要求18所述的终点检测方法，其中该氧化气体包含氧。
22.如权利要求18所述的终点检测方法，其中光学监视放射性物种的步骤包含将一光学检测器的聚光器件聚焦到来自该氧化气体与等离子体灰化释放物的等离子体的一等离子体释放区域或其附近。
23.一种用于决定无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点的方法，所述等离子体灰化处理用于从含有碳的低k介电材料的一基板上剥离光阻抗蚀剂材料，所述方法包括以下步骤暴露该基板于一处理室的无氧及无氮的等离子体灰化处理，以从该基板上移除光阻抗蚀剂材料并形成挥发性的副产物；自该处理室排放该光阻抗蚀剂材料与挥发性的副产物进入一排放导管；选择性引入一氧化气体至该排放导管，其中该氧化气体不流入该处理室；由该氧化气体、被排放的光阻抗蚀剂材料、和挥发性的副产物在该排放导管中产生一等离子体；测量在该排放导管中的一放射信号强度，其与约283nm、约309nm、约387nm、约431nm、约434nm、约468nm、约472mm、约513nm、约516nm、约656nm、约668nm、约777nm、约845nm的波长或是前述波长中的至少一个的一组合相关；以及响应于该排放导管的放射信号的一观察到的变化，决定该无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点。
24.一种用于决定无氧及无氮的等离子体灰化处理的终点的方法，所述等离子体灰化处理用于从含有碳的低k介电材料的一基板上剥离光阻抗蚀剂材料和/或残留物，所述方法包括以下步骤在不存在氧与氮的条件下，在一处理室中由包含氢或氦或是包含前述气体中的至少一种的组合的一气体混合物产生一第一等离子体；将设置在该处理室中的基板暴露于第一等离子体中，以从该基板上选择性移除光阻抗蚀剂材料和/或残留物；排放来自该处理室的被移除的光阻抗蚀剂材料和/或残留物进入一排放导管；在该排放导管中产生一第二等离子体，以产生放射性的物种；及光学监视放射性的物种，其中当放射性的物种的一强度变化至大于或小于一预定临限的一量时，则检测到第一等离子体的一终点。
25.如权利要求24所述的方法，其中产生第二等离子体的步骤包含引入一氧化气体至该排放导管，所述氧化气体不流入该处理室。
26.如权利要求24所述的方法，其中第二等离子体没有一氧化气体。
27.如权利要求24所述的方法，其中光学监视放射性物种的步骤包含监视与存在于该处理室中的反应物种相关的放射性物种的波长。
28.如权利要求24所述的方法，其中光学监视放射性物种的步骤包含监视放射性物种的波长，光学监视第二等离子体与被移除的光阻抗蚀剂材料和/或残留物间的一反应所产生的物种。
全文摘要
一种用于从包括一低k电介质的一基板上移除有机物质的等离子体灰化装置，所述装置包含一第一气体源；一与第一气体源流体连通的等离子体产生构件；一与等离子体产生构件流体连通的处理室；一与处理室流体连通的排放导管；其中排放导管包含用于引入一第二气体源的一入口，且一后燃烧组件耦接至排放导管，该入口设置在处理室与后燃烧组件的中间，且该后燃烧组件包含用于在有或无自第二气体源引入一气体的条件下而在排放导管内产生一等离子体的机构；及，一光学放射光谱装置，其耦接至排放导管，且包含聚焦在后燃烧组件的一等离子体释放区域内的聚光器件。一种用于无氧及无氮的等离子体处理的终点检测方法，包括监视在等离子体灰化装置的排放导管中的一后燃烧器激发物种的一光学放射信号。所述方法和装置可用于含碳和/或氢的低k介电材料。
文档编号G03F7/42GK1802722SQ200480014072
公开日2006年7月12日 申请日期2004年5月21日 优先权日2003年5月22日
发明者A·史瑞伐斯塔伐, P·沙克希威尔, T·巴克利 申请人:艾克塞利斯技术公司